javaEE 初阶 — 常见的锁策略

迷南。 2023-10-03 23:20 33阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1. 乐观锁 vs 悲观锁
 *  2. 互斥锁 vs 读写锁
 *  3. 重量级锁 vs 轻量级锁
 *  4. 自旋锁 vs 挂起等待锁
 *  5. 公平锁 vs 非公平锁
 *  6. 可重入锁 vs 不可重入锁
 *  7. synchronized 是哪种锁
 *  8. 相关面试题

## 1. 乐观锁 vs 悲观锁 ##

**乐观锁** 指的是预测锁竞争不是很激烈，也就是指这里做的工作相对较少。  
**悲观锁** 指的是预测锁竞争会很激烈，也就是指指这里做的工作相对多一点。

悲观和乐观都不是绝对的，主要就是看预测锁竞争激烈程度的结论。

这两个锁是站在冲突概率的预测角度。

## 2. 互斥锁 vs 读写锁 ##

**互斥锁** 就是之前使用的 **synchronized** 这样的锁，提供 加锁 和 解锁 两个操作。  
如果一个线程加锁了，另一个线程也尝试加锁，就会阻塞等待。  
  
**读写锁** 提供了三种操作：

*  **针对读加锁**
 *  **针对写加锁**
 *  **解锁**

基于一个事实：

多线程针对同一个变量并发读，这个时候是没有线程安全问题的，也不需要加锁控制。  
读写锁 就是针对这种情况所采取的特殊处理。

当前的代码中，如果只是读操作，就加读锁即可，如果有写操作，就加写锁。

*  **读锁** 和 **读锁** 之间没有互斥
 *  **写锁** 和 **写锁** 之间存在互斥
 *  **写锁** 和 **读锁** 之间存在互斥

如果当前有一组线程都去读（加读锁），此时这些线程之间是没有锁竞争和线程安全问题的。  
如果当前有一组操作有读也有写，才会有竞争问题。

另一个事实：

**在很多开发场景中，读操作的频率比写操作的频率高很多。**

## 3. 重量级锁 vs 轻量级锁 ##

**轻量级锁** 加锁解锁开销比较小，效率更高；**重量级锁** 加锁解锁开销比较大，效率更低。

多数情况下，乐观锁也是一个轻量级锁（不能完全保证）  
多数情况下，悲观锁也是一个重量级锁（不能完全保证）  
  
这两个锁是站在加锁操作的开销角度。

## 4. 自旋锁 vs 挂起等待锁 ##

**自旋锁** 是一种典型的轻量级锁，**挂起等待锁** 是一种典型的重量级锁。  
  
举一个例子

张三要向一个女生表白，此时就是张三尝试对这个女生加锁。  
但是女生说她有男友了，也就是说明她被别人加锁了。

如果张三还不死心，为了找一个机会上位，此时就有两种等待的方式。

*  **自旋锁：**  
    张三没有都在女生身边转悠，一旦女生分手了，就能第一时间知道。  
    而一旦锁被释放就能第一时间感知到，从而有机会获取到锁，很明显，**自旋锁占用了大量的资源**。
 *  **挂起等待锁：**  
    张三愿意等女生分手，张三就悄悄地等着，也不会去打扰那个女生。  
    当女生分手的时候，有可能会想起张三，也有可能不会。但是更大的概率，女生会把张三也忘记了。  
    当真的被唤醒的时候，不知道过了多长时间。  
    此时就是把 CPU 省下来了，就可以干别的事情了。

## 5. 公平锁 vs 非公平锁 ##

此处的公平定义为 “先来后到”

举个例子

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女神现在已经被别人加锁了，1号老铁已经阻塞等待一年了，2号老铁阻塞等待一个月了，  
而3号老铁从昨天才开始阻塞等待的。

**公平锁** 就是当女神分手的时候，最先开始追女神的1号老铁先和女神谈恋爱，  
后续老铁等女神再次分手才可以和女神谈恋爱。  
  
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**非公平锁** 就是 “雨露均沾” 的意思。  
  
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当女神分手的时候，三个老铁一起上，公平竞争。  
最早开始追女神的1号老铁所付出的时间和精力都比其他两个老铁要多，这是就不那么公平了。  
  
就好比某个企业有一个晋升的名额，此时应该采取的是 “先来后到” 的方式才公平。  
因为先来的员工工作时间长，对公司的贡献比较大，而不应该 “雨露均沾” 的方式，  
有的员工工作时间长，有的工作时间短，这样就不公平了。  
  
操作系统和 **java synchronized** 元素都是 “非公平锁”  
操作系统这里的针对加锁的控制，本身就依赖于线程调度顺序的。  
这个调度顺序是随机的，不会考虑到这个线程等待锁多久了。

要想实现公平锁，就得在这个基础上，能够引入额外的东西。  
（引入一个队列，让这些加锁的线程去排队）

但是引入额外的队列又有额外的开销和代码上成本。

## 6. 可重入锁 vs 不可重入锁 ##

**可重入锁** ：一个线程针对一把锁，连续多次加锁都不会死锁。

**不可重入锁** ：一个线程针对一把锁，连续两次加锁会出现死锁。

## 7. synchronized 是哪种锁 ##

1、synchronized 既是一个 **悲观锁** 又是一个 **乐观锁**。

synchronized 默认是乐观锁，但是如果发现当前的锁竞争比较激烈，就会变成悲观锁。  
  
  
2、synchronized 即是 **轻量级锁** 又是 **重量级锁**。

synchronized 默认是轻量级锁，但是如果发现当前的锁竞争比较激烈，就会变成重量级锁。  
  
  
3、synchronized 这里的轻量级锁，是基于 **自旋锁** 的方式实现的。synchronized 这里的重量级锁，是基于挂起等待锁的方式实现的。  
  
  
4、synchronized 不是 **读写锁**  
  
  
5、synchronized 是 **非公平锁**  
  
  
6、synchronized 是 **可重入锁**

## 8. 相关面试题 ##

1、你是怎么理解乐观锁和悲观锁的，具体怎么实现呢？  
  
**悲观锁** 认为多个线程访问同一个共享变量冲突的概率较大，会在每次访问共享变量之前都去真正加锁。

**乐观锁** 认为多个线程访问同一个共享变量冲突的概率不大。并不会真的加锁, 而是直接尝试访问数  
据。在访问的同时识别当前的数据是否出现访问冲突。

**悲观锁** 的实现就是先加锁(比如借助操作系统提供的 mutex)，获取到锁再操作数据。  
获取不到锁就等待。

**乐观锁** 的实现可以引入一个版本号，借助版本号识别出当前的数据访问是否冲突。  
  
  
2、介绍下读写锁?  
  
读写锁就是把读操作和写操作分别进行加锁.

*  读锁和读锁之间不互斥
 *  写锁和写锁之间互斥
 *  写锁和读锁之间互斥

读写锁最主要用在 **“频繁读，不频繁写”** 的场景中  
  
  
3、什么是自旋锁，为什么要使用自旋锁策略呢，缺点是什么？  
  
如果获取锁失败，立即再尝试获取锁，无限循环，直到获取到锁为止。  
第一次获取锁失败，第二次的尝试会在极短的时间内到来。一旦锁被其他线程释放，就能第一时间获取到锁。

相比于挂起等待锁：

优点:

没有放弃 CPU 资源，一旦锁被释放就能第一时间获取到锁，更高效，在锁持有时间比较短的场  
景下非常有用。

缺点：**如果锁的持有时间较长, 就会浪费 CPU 资源**。  
  
  
4、synchronized 是可重入锁么？  
  
**是可重入锁。**

可重入锁指的就是连续两次加锁不会导致死锁。

实现的方式是在锁中记录该锁持有的线程身份，以及一个计数器(记录加锁次数)。  
如果发现当前加锁的线程就是持有锁的线程，则直接计数自增。

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